La fermentazione biologica si riferisce al processo di usando gli organismi (solitamente microrganismi o cellule) per convertire le materie prime in prodotti umani con le vie metaboliche specifiche nelle circostanze adatte. Questi metaboliti utili, i prodotti di espressione della proteina ed altri prodotti sono ampiamente usati nell'industria farmaceutica, nell'industria alimentare, nell'industria energetica, nell'industria chimica, nell'agricoltura ed in altri campi e sono inseparabili da People's Daily vive. In ingegneria biologica di fermentazione, come efficacemente amplificare gli stati della ricerca del laboratorio e direttamente applicarli a produzione sono stati sempre un problema che disturba l'applicazione di fermentazione biologica. dovuto i molti fattori d'influenza delle reazioni biologiche, la reazione dentro il tino di fermentazione è una reazione chiusa. Come efficacemente i parametri di controllo in modo che il processo di amplificazione non avesse un impatto sul processo di fermentazione biologico è stato sempre un fuoco della ricerca nell'industria della fermentazione biologica. Durante il processo di amplificazione di reazione biologica di fermentazione, lo stato di flusso dentro i cambiamenti del carro armato significativamente con l'aumento di volume. I cambiamenti nel campo di flusso possono anche condurre ai cambiamenti in una serie dei parametri quali la temperatura e l'ossigeno disciolto, con conseguente cambiamenti nell'intero sistema di reazione. L'articolo brevemente organizza ed introduce i fattori ed i parametri di controllo corrispondente d'influenza dell'amplificazione biologica di processo di fermentazione, fornenti il riferimento per la selezione di parametro nel processo biologico reale di amplificazione di fermentazione.
Fattori che colpiscono l'amplificazione del processo di fermentazione biologico
1,1 trasferimento e mescolanza di massa
Il processo di trasferimento di massa è il processo del trasferimento materiale e le attività di trasferimento di massa nel processo di fermentazione biologico si presentano simultaneamente con le reazioni biologiche. I processi principali di trasferimento di massa sono divisi in assorbimento gassoso-liquido e nel trasferimento di massa liquido. Il trasferimento delle sostanze nella fase liquida è pricipalmente dovuto la diffusione di gorgo determinata dalle pagaie di mescolatura del tino di fermentazione biologico. Nella cultura biologica comunemente usata di fermentazione, il processo di trasferimento di massa è molto importante. Il buon trasferimento di massa può assicurare l'ossigeno, le sostanze nutrienti ed i metaboliti necessari per microbico e coltura cellulare e lo sviluppo. Il coefficiente disciolto volumetrico dell'ossigeno è la maggior parte del fattore importante che colpisce il trasferimento di massa, ma dovuto il campo di flusso complesso dentro il tino di fermentazione biologico, ci sono molti fattori d'influenza, rendente lo difficile analizzare il coefficiente disciolto volumetrico dell'ossigeno.
Un altro parametro chiave che direttamente colpisce l'amplificazione del processo biologico del tino di fermentazione è il processo di mescolanza. La miscelazione biologica comune della reazione di fermentazione include la mescolanza del liquido-liquido, il solido liquido che si mescolano, la miscelazione gassosa-liquida e la miscelazione trifase solida gassosa-liquida. dovuto l'aumento nel volume del tino di fermentazione e l'aumento in prodotti di fermentazione e materie prime, la miscelazione dentro il carro armato è irregolare. Per esempio, la miscelazione delle sostanze alla cima del tino di fermentazione è relativamente difficile confrontata al fondo. Scientifico aumentare la miscelazione di varie sostanze nel tino di fermentazione può migliorare l'efficienza di fermentazione biologica.
1,2 taglio
La vista tradizionale è che aumentare il tasso di mescolatura del tino di fermentazione biologico può migliorare il trasferimento di massa e la mescolanza durante il processo di fermentazione. Tuttavia, con la ricerca approfondita, è stato trovato che molti guasti biologici di fermentazione sono causati con l'eccessiva forza del taglio sul materiale di obiettivo della fermentazione biologica, conducendo al danno delle cellule e microbico. Per esempio, in un sistema microbico di fermentazione, l'eccessiva forza di taglio può causare il danno alla crescita del corpo batterico; La forza di taglio bassa non è tendente bollire rottura e non colpisce l'efficienza della propagazione dell'aria. Come aumentare scientifico la miscelazione di varie sostanze nella resistenza di taglio di controllo e del tino di fermentazione all'interno di una gamma accettabile per i microrganismi e le cellule è un fattore importante nel processo di amplificazione di fermentazione.
1,3 trasferimento di calore
La temperatura è inoltre un fattore importante nel processo di fermentazione biologico. Il controllo della temperatura dei tini di fermentazione biologici pricipalmente è raggiunto con lo strato del rivestimento. Tuttavia, come il volume dentro i grandi aumenti biologici del tino di fermentazione, l'area per unità delle diminuzioni di riscaldamento. Di conseguenza, l'efficienza di trasferimento di calore direttamente colpirà l'efficienza di produzione delle sostanze biologiche dell'obiettivo di fermentazione.
1,4 altri fattori
Ci sono altri fattori nel processo di amplificazione dei tini di fermentazione biologici che possono colpire il processo di fermentazione, quali i parametri del riempimento dell'aria, la velocità di alimentazione e della regolazione dell'entrata del campione, che può interamente colpire il processo di fermentazione. Il debito per elaborare le limitazioni, tipo tini di fermentazione biologici di produzione non può individuare la concentrazione di vari substrati, prodotti e metaboliti in tempo reale come il processo di fermentazione biologico in laboratorio. Di conseguenza, è cruciale progettare scientifico la velocità e la quantità di alimentazione e di assunzione. Allo stesso tempo, è necessario da considerare completamente la velocità evidente del gas affinchè il riempimento materiale ed il riempimento dell'aria eviti il fenomeno «dell'inondazione liquido».
2 parametri di controllo chiave dei metodi biologici di processo di fermentazione
2,1 miscelazione
Il modo mescolantesi comunemente usato di tini di fermentazione biologici mescolati è la rotazione della pagaia di mescolatura per guidare la miscelazione di intero liquido di fermentazione. Il controllo del tino di fermentazione che mescola i parametri pricipalmente è raggiunto con controllo di velocità. Il controllo di velocità dovrebbe non solo studiare la possibilità di aumentare la velocità e di migliorare l'efficienza mescolantesi, ma inoltre controlla la velocità all'interno di una gamma ragionevole. L'eccessiva velocità può condurre alla generazione di calore aumentata, alla forza di taglio aumentata sulle cellule ed al guasto di fermentazione. Inoltre, la ricerca ha trovato che il modello di flusso del sistema del volume di fermentazione, la selezione di mescolatura delle pagaie ed il diametro possono interamente colpire l'efficienza di fermentazione biologica. Nel corso di fermentazione biologica su grande scala, oltre a velocità di rotazione, la selezione di mescolatura il tipo della pagaia e della posizione spaziale è inoltre molto importante. È necessario da scegliere il tipo di mescolatura appropriato della pagaia basato sulle proprietà fluide del materiale della cultura. Attualmente, una combinazione di flusso assiale e di pagaie di flusso radiale è comunemente usata, che combina il micro flusso liquido ed i macro campi di flusso per migliorare il grado di materiale che si mescola nell'intero sistema biologico di fermentazione. La pagaia mescolantesi adotta generalmente un tipo inferiore dello scolo e un tipo superiore di flusso assiale, che può efficacemente assicurare che le sostanze nutrienti abbiano aggiunto alla cima rapidamente si distribuiscano al fondo del carro armato nell'ambito dell'azione dei residui di flusso assiale e l'aria presentata al fondo del carro armato può anche essere disperso tempestivamente, assicurando la circolazione ed il flusso globali di intero carro armato, fornenti un ambiente adatto per l'intera fermentazione microbica.
2,2 temperatura
Il tino di fermentazione biologico è generalmente a ℃ 26~37 secondo il tipo di batteri che sono coltivati, mentre la coltivazione dei batteri speciali può essere a ℃ 65. Durante il processo di amplificazione del processo di fermentazione, il campo della temperatura dentro l'intero tino di fermentazione subirà i cambiamenti significativi. Nelle fasi su scala ridotta e pilota, dovuto la piccola dimensione del carro armato, il campo della temperatura è relativamente uniforme. Nel tipo tino di fermentazione di produzione, le sonde della temperatura del tino di fermentazione si distribuiscono solitamente nella parte inferiore del carro armato, con una lunghezza di 100mm e la parte d'inzuppamento nel liquido di fermentazione è 50-60mm. I metodi di raffreddamento e del riscaldamento di tini di fermentazione biologici sono effettuati solitamente con uno strato dell'acqua del rivestimento, in modo dall'efficienza del trasferimento di calore del tino di fermentazione direttamente colpisce la distribuzione della temperatura dentro l'intero carro armato. La temperatura dello strato dell'acqua del rivestimento ed il valore dell'esposizione della temperatura della sonda della temperatura del tino di fermentazione non possono vero riflettere la temperatura del liquido nel tino di fermentazione. Scientifico sistemare le sonde della temperatura e scientifico fissare la temperatura di fermentazione basata sul coefficiente di trasferimento di calore del sistema di fermentazione possono efficacemente assicurare la temperatura della reazione.
2,3 altri parametri chimici
Il controllo dei parametri chimici nella fermentazione biologica, quali il pH e l'ossigeno disciolto, può avere un impatto sui risultati di fermentazione. La presa a parametri disciolti dell'ossigeno come esempio, nei processi biologici aerobici, dell'ossigeno è una sostanza nutriente importante per la crescita microbica. Tuttavia, dovuto la sua solubilità inferiore, ossigeno diventa un substrato chiave per i processi biochimici. Di conseguenza, mantenere un rifornimento adeguato di ossigeno a partire dalla fase gassosa alla fase liquida è cruciale. Nella teoria, la ventilazione aumentante ed aumentare la colonna di terreno di coltura possono efficacemente prolungare il periodo delle bolle nel terreno di coltura e migliorare l'efficienza gassosa-liquida di scambio. Tuttavia, questi parametri inoltre sono limitati dal costo del tino di fermentazione ed il grado e la dimensione di dispersione della bolla possono anche colpire l'efficienza della propagazione dell'ossigeno. Di conseguenza, è necessario da considerare completamente i vari fattori e da fornire il metodo di amplificazione più adatto di progettazione trattata.
3. Riportando in scala sul metodo per il processo di fermentazione biologico
3,1 metodo empirico di amplificazione
La rappresentazione in scala sul processo dei processi di fermentazione biologici tradizionali principalmente è basata sui metodi empirici tradizionali. Nel processo di fermentazione biologico, una serie di parametri quale la velocità, la disposizione, il tasso di ventilazione dell'aria, la portata dell'alimentazione ed altri parametri chimici delle pagaie di mescolatura possono colpire il rendimento di fermentazione. Gli utenti sceglieranno i simili processi di fermentazione basati su regolazioni precedenti o altre di processo di fermentazione ed i parametri corrispondenti scelti di amplificazione di processo di fermentazione; Alternativamente, in base ad esperienza tradizionale, la dinamica fluida nel tino di fermentazione può essere preveduta ed i vari parametri dentro il carro armato possono essere ingrandetti geometricamente mentre mantengono le loro posizioni relative per ampliare il volume di fermentazione. I metodi empirici di amplificazione pricipalmente mettono a fuoco sui parametri chiave all'interno del sistema di fermentazione, quali il coefficiente di trasferimento di massa, il tempo del consumo di energia del volume unitario, di mescolanza, ecc. volumetrici. Questo metodo è solitamente soltanto adatto ad amplificazione semplice e non può efficacemente predire la dinamica fluida e le caratteristiche cinematiche in tini di fermentazione.
3,2 metodo di amplificazione basato su fluidodinamica computazionale
La fluidodinamica computazionale (CFD) si riferisce alla simulazione ed al calcolo delle leggi fluide di moto in un computerizzato sulle equazioni microscopiche quali il trasferimento di massa, il trasferimento di slancio ed il trasferimento di energia in meccanica dei fluidi. Rispetto agli schemi biologici empirici di processo di fermentazione, facendo uso della tecnologia di simulazione di CFD ha le caratteristiche di indipendenza di dimensione e di basso costo ed è ampiamente usato nel campo di ingegneria fluida. La simulazione di CFD pricipalmente simula il campo di flusso, mescolando il potere e l'arresto del gas dentro il tino di fermentazione biologico. Allo stesso tempo, un modello disciolto di trasferimento di massa dell'ossigeno è accoppiato nel modello di flusso bifase gassoso-liquido del tino di fermentazione biologico, che può simulare il processo disciolto di trasferimento di massa dell'ossigeno ed il processo biochimico della reazione durante lo stesso processo di fermentazione.
Con lo sviluppo della tecnologia di computazione di simulazione, il CFD sempre più si applica nella simulazione dei processi biologici di amplificazione di fermentazione. Tuttavia, dovuto la complessità di flusso bifase gassoso-liquido, ulteriore ricerca sui parametri quale arresto del gas e le bolle nel processo di previsione ancora è necessario.
Conclusione 4
Il processo di fermentazione biologica è un processo complesso e multifattoriale. Sebbene i bioreattori mescolati tradizionali del carro armato siano relativamente semplici in struttura, il processo reale del liquido dentro il tino di fermentazione è molto complesso nel processo reale della reazione. Particolarmente nel processo di amplificazione di fermentazione biologica, i fattori multipli devono essere considerati completamente per l'amplificazione metodologica. Il processo empirico tradizionale di amplificazione può eseguire soltanto l'amplificazione semplice e non può vero simulare i dati reali di vari sistemi nel tino di fermentazione. Oltre ad assicurarsi che l'ambiente della crescita dei prodotti di fermentazione sia coerente con il laboratorio, l'attenzione dovrebbe anche essere pagata a risparmio energetico. Sulla base di fluidodinamica computazionale, i metodi più scientifici di simulazione e dell'analisi possono predire e simulare più esattamente il processo biologico di amplificazione di fermentazione, fornendo l'efficaci base e riferimento per la selezione dei processi biologici di amplificazione di fermentazione.
Shanghai oltre i fuochi del macchinario sulla progettazione e sulla fabbricazione delle linee di trasformazione biofarmaceutiche. I nostri clienti sono individuati intorno al mondo ed hanno raggiunto il loro proprio successo nei mercati differenti. Ora contattici per ottenere l'ultima linea di produzione soluzioni e prezzi di progettazione.